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現代の天文学6 「星間物質と星生成」 銀河面(b=0)断面図 太陽 銀河系中心方向 pc pc 木星ミッションでheliospheric SWCX観測？ 三原建弘（理研） 米徳大輔（金沢大） 郡司修一（山形大） 太陽系ミッションのX線装置が 意味があるかどうかを議論い ただきたい。 ソーラー電力セイル 太陽電池帆＋イオンエンジン ソーラー電力セイル探査機 ワーキンググループ ソーラー電力セイル Solar Power Sail • 木星経由トロヤ群へ、サンプル分析、お持ち帰り • • • • • • • • 世界初のトロヤ群小惑星探査 世界初のトロヤ群小惑星サンプル採取 世界初の外惑星領域往復 世界初のハイブリッド推進（光子と電気） 世界最高性能のイオンエンジン 世界最高速度の地球帰還カプセル 世界初の小惑星帯以遠での赤外線背景放射観測 世界初の小惑星帯以遠のダスト採取 • 1,500kg（打ち上げ時） • 推進：イオンエンジン • 発電 – ソーラー電力セイル（大面積軽量薄膜太陽電池） – 面積：約3000m2, 発生電力：5kW@5AU 木星Flyby後、外に出てゆっくりし、 L5群が来るのを待つ。 この間、イオンエンジンを全力噴射。 電力ゆとり無し。 地球Flybyで速度を得て、木星に向かう。 電力にゆとりあり。 スケジュール例 2022年 打ち上げ 2024年 地球Flyby 2026年 木星Flyby 2033年 トロヤ群到着 2042年 地球帰還 クルージングサイエンス ガンマ線バースト • IPN: Inter Planetary network 赤外線背景放射の観測 黄道光の立体的観測 太陽系ダスト分布の実測 ガンマ線バーストの観測 小惑星帯フライバイ 木星磁気圏観測 – ガンマ線バーストの到着時間差から、ガンマ線バーストの方向を決める。 時刻精度0.1～1s。 – ３台必要。 • 地球近傍と、 • 金星、火星、水星、木星ミッション • 位置決めは – Long GRBではSwift衛星(硬Ｘ線)で間に合っているが、 – ショートバーストは？ • 重力波源としての重要性 – Ｘ線GRBは？ • 遠方（赤方偏移）GRB。あるいは新種の天体。あるいは。 • 一般的なGRB衛星の視野は 1str、IPN はほぼ4π str (12倍の検出量) – 重力波検出の頻度はそれほど多くないので、見逃してはならない – 地球の影もない。 • MAXIのように真上ばかり見ていれば地球に隠されることはないが、 • HETE衛星のような反太陽方向指向の近地球衛星なら、1/3の時間は地球に隠される。 – 広視野の装置がよい。 • 衛星の２面に取り付ければ、2π ×2 = 4π str。 もしIPN機能だけであれば • 小型のシンチレータ＋MPPC (multi-pixel photon counter) でよい。 + 結晶シンチレータ MPPC + 70V 程度 • マトリクス型偏光検出器 4×4モデル 14cm • • • • • 平成25年度 金沢大学 将来的には8×8だが、まずは基礎開発 として4×4モデルを製作 16素子が一体となったアレイタイプを使用 MPPC4素子を結合して1出力とした 中心の4本が散乱体(Plaシンチレータ) 周りに12本の吸収体（CsIシンチレータ）を配置 2.6cm 6cm MPPC でも重すぎる（かも） ガンマ線バーストだけ？ 地球から見た月 230Rm • 木星（トロヤ群）まで行くからこそできる 世界初のサイエンスはないのか？ – 木星のＸ線撮像 • • • • • １次元のスキャナーカメラ？ 木星は強い放射線帯を持つので、接近できない。100Rj 木星を通り過ぎるのは一瞬（１日弱） カメラの方向制御も必要（大変） チャンドラ衛星でよい。 木星のX線画像 – トロヤ群小惑星の蛍光Ｘ線による元素分析 • イトカワと違って５倍遠いので、励起源としての太陽Ｘ線は当てに できない? • 着陸は、ランダーが行う。GRB検出器は探査機本体に取付。 – 全天Ｘ線の観測 • ジオコロナからは脱出 • 自転軸は、黄道面上、反太陽方向。 – 軸上を見れば、常に反太陽方向をモニタ。 – 角度を持たせれば、ある角度範囲をスキャン。 • 太陽系コロナからのＸ線の時間変化、場所変化。 • 観測可能性は？ 意味があるのか？ 全天Ｘ線観測のGRB装置 • Ｘ線でショートGRB検出。 – 0.1s以上（できれば10ms）の時間分解能 – セールは基本的に反太陽指向（GRBフォローアップに適した方向） • 酸素輝線を検出できれば役立つ – 現状0.5keV輝線を検出できるのは、薄膜PCとCCD（とSoI-pixとCMOS-CCD）とマ イクロカロリメータしかない。 • 地球もなく、太陽から遠く、常に夜側に設置。 • 視野に迷光（太陽散乱光、月）も原子状酸素も入らない。 • 容易に冷却できる。ペルチエも機械式クーラーも要らない。 • 10(～20)年におよぶ長期稼働 • CCDは放射線損傷がある。酸素輝線はすぐに検出不能になる。 – 地球近傍のバンアレン帯やSAA(南大西洋異常帯)に比べたら少ないが。 • SoI-pixでは、時間分解能もあり、素子自身は放射線に強い。 – 電荷転送が無い分、同じ損傷による影響が1/pix数で済む。 – しかし読み出しエレキ(FET)は放射線損傷を受けるので、ウェーファー上のFET 形成における対策が必要だろう。 – まだ大フォーマットはできてない。数年後には間に合わないか？ • 本当に意味があることができるなら、やればできる。 SoI pixを探査機夜側に置くだけ 上空に行って取 り外すカバー 軽量： 2kg? エネルギー範囲: 0.5-10keV 時間分解能: 10ms 大面積： 10cm x 10cm 帆が入らないように 低いフードを付ける。 あるいは落とし込む。 探査機本体 • みなさんのプレゼン、大変参考になりました。 • Geo SWCXの観測は月まで行けば十分。 • Helio SWCX は、 – OVIIやOVIIIの強度 : 2 LU – 広がり100au : 木星まで行っても同じ。 • ISMの中性水素は3-4auまで入ってきて電離 – しかし、Ulyseesですでに測定されている。 木星ミッションに載せるＸ線検出器、 良いサイエンスがありますでしょうか？ 木星のX線撮像を行うために Chandra 衛星の角分解能 : 0.5 arcsec @ 1 keV NuSTAR 衛星の角分解能 : ~ 1 arcmin @ 20 keV XMM-Newton 衛星の有効面積 : ~ 2000 cm2 @ 1 keV 木星のX線画像 100 RJ で上記スペックを達成するには、 4arcmin @ 1 keV 0.1 mm の検出器に 10cm のコリメータを つけることに相当 1.3 deg @ 20 keV 0.2 cm2 @ 1 keV 4.5mm x 4.5mm の検出器面積に相当 ・最接近距離 ・木星方向を向いてくれるか ・滞在時間 13 探査機デザイン トロヤ群 外に出てゆっくりし、L5群が来るのを待つ。 この間、イオンエンジンを全力噴射。